JPH02197816A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は液晶表示装置に係り、特に優れた時分割駆動特
性を有し、かつ白黒及びカラー表示が可能な電界効果型
の液晶表示装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、時分割駆動特性を有する液晶表示装置は、背景あ
るいは表示の少なくとも一方が着色し、白黒表示ができ
なかった。

しかし近年、液晶表示装置の画質の改善と表示情報量の
増大に対する要求が厳しくなっており、要求仕様は白黒
表示、さらにはカラー表示へと移行している。このため
第２図において示す素子構造のように、液晶素子を二層
構造とし、二つの素子間で液晶層の厚みｄ（μｍ）と液
晶の屈折率の異方性Δｎの積Δｎ−ｄを等しくし、液晶
分子のねじれを表わすツイスト角を等しくし、しかもね
じり方向を逆とした。これにより、第３図に液晶素子の
偏光状態を示すように９．液晶素子に入射した直線偏光
は１位相差を生じ楕円偏光となるが、逆ねじりの液晶素
子を配置することにより、位相補正が成され再び直線偏
光となり、白黒表示が可能となる（奥付、永田、和田：
テレビジョン学会技術報告、１１．ｐ７９．１９８７年
）。

一方、複屈折性フィルムを用いて、位相補正を行い白黒
表示を実現する方法も提案されている（長江、平方、小
村：テレビジョン学会技術報告。

１２、　ｐ２９〜３４．１９８８年）。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、液晶表示装置として、液晶素子を二枚
用いる必要があり、量産性が低かった。

また、液晶素子を斜めから見た場合、背景部と表示部の
輝度の比であるコントラスト比が大きく変化し、視角特
性が劣る。第４図に液晶素子の左右方向コントラスト比
の視角特性を、第５図に上下方向の視角特性を示す、視
角が大きくなるにつれ、コントラスト比は低下し、視角
が４０度以上では。

コントラスト比が１以下になり、白黒反転現像が生じる
。

また、複屈折性プラスチックフィルムを用いた場合にお
いては、位相差の波長依存性が考慮されておらず、第６
図に透過光の波長依存性を示すように５位相補正が完全
に成されず、コントラスト比が低いという問題があった
。

本発明の目的は、背景と表示部の色を無彩色にし、白黒
及びカラー表示を可能にするとともに、高コントラスト
比及び１表示特性の視角依存性を改善することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するための本発明の第１の特徴は液晶素
子と複屈折性フィルムの位相差の波長依存性を概略等し
くしたものである。

さらに、視角特性の一層の改善のための本発明の第２の
特徴は光学的二軸性結晶を用いたものである。

〔作用〕

優れた時分割駆動特性を有するツィステッドネマチック
タイプと言われる液晶素子は、背景または表示部の少な
くとも一方に色がつく、これに対し、逆ねじりの液晶素
子を積層し、液晶素子を二層構造とすることにより、位
相補正を行い白黒表示が可能となるが、液晶素子を斜め
から見た場合コントラスト比が大きく変化し、表示特性
の視角依存性に問題があった。また、複屈折性フィルム
を用いた場合、位相差の波長依存性が考慮されていない
ため、コントラスト比が低かった。

液晶素子と複屈折性フィルムの波長依存性を概略等しく
することにより、コントラスト比及び視角特性が改善さ
れた。

より一層の視角特性の向上のためには、複屈折性フィル
ムとして光学的二軸性結晶を用いればよい。これは、視
角による位相差の変化が少ないためである。

〔実施例〕

以下、本発明を実施するに好適な液晶表示素子について
、図面を用いて詳細に説明する。

（実施例１） 第１図は本発明になる液晶表示素子の素子構造の斜視図
である。

同図において、透光性ガラス板よりなる上基板５、下基
板８間には、ねじられた構造のツィステッドネマチック
液晶が配置されている。また、上基板５．下基板８の外
面には偏光板１，１０が配置され、かつ、上基板５と上
側偏光板１の間には複屈折性フィルム３が配置されてい
る。さらに下側偏光板１０の外面には、外部光源１２が
配置されて、液晶表示素子が構成されている。

液晶はビフェニル系液晶とエステルシクロヘキサン系液
晶を主成分とするネマチック液晶で、旋光性物質として
（メルク社の３８１１）を０．５重量％添加したものを
用い、Δｎ＝０．１１８゜液晶層の厚さｄは６．５μｍ
とし、Δｎ−ｄ＝０．７７　μｍになるように設定した
。

液晶分子７のねじれ方向とねじれ角αは、上側電極基板
５のラビング方向６と下側電極基板８のラビング方向９
、及び添加される旋光性物質によって規定され１本実施
例では２４０度とした。

複屈折性フィルム３には、ポリカーボネートフィルムを
用い、Δｎ−ｄ＝０．５６μｍとした。

またポリカーボネートフィルムの延伸軸４と上側ラビン
グ軸６のなす角は９０度である。

偏光板１，１０には偏光率９９．９％の日東電工製Ｇ１
２２９ＤＶを用い、下側偏光板１０の吸収軸（あるいは
偏光軸）１１と下側ラビング軸９のなす角は４５度とし
、上側偏光板１の吸収軸（あるいは偏光軸）２とポリカ
ーボネートフィルムの延伸軸４のなす角は７５度とした
。

また、光源１２には冷陰極管を用いたが、熱陰極管やエ
レクトロルミネッセントあるいは、光源を用いずに反射
板を用いた外光利用型でもよい。

第７図は本実施例における背景及び表示部の色をＣＩＥ
色度座標に示した。同図に示すように、背景色及び表示
色ともにＣ光源に近く、概略白黒表示を実現している。

また、この時のコントラスト比は１５対１である。

液晶素子と複屈折性フィルムの位相差の関係式はジョー
ンズマトリクスを用いて、導くことが可能であり、液晶
素子のツイスト角を０１．光路差を（Δｎ−ｄ）１、複
屈折性フィルムの光路差をπ＋θＬ”）−２ｒｒｚｃλ
２（θ工２＋（Δｎ−ｄ）ｘ”／なる関係式で示される
。

λ＝４５０　ｎｍから６５０ｎｍの範囲において、上式
が満たされる時、位相補正が完全に成され、完全な白ま
たは黒表示となる。

一般１こ液晶分子の屈折率の波長依存性は、Δｎ（λ）
＝Ａ＋Ｂ／（λ２−λ０２）なる力関係式で表わされ、
本実施例ではＡ＝０．０７６４．Ｂ＝４４４３．８　（
μｍ”）　、λｏ＝２６３．５　（ｎｍ）とする、第８
図に液晶分子のΔｎ−ｄの波長依存性と、上式より導い
た白黒表示を実現する複屈折性フィルムのΔｎ−ｄの波
長依存性を示す、第８図に示す波長依存性に概略近いフ
ィルムを用いることにより全波長域で位相補正が成され
る。ただし、上式の整数ｍの値によって位相差は変化す
る。

第１７図に液晶素子と複屈折性フィルムの位相差の波長
依存性を示す。ｍ＝１の時フィルムと液晶素子の位相差
の波長依存性は概略一致し、より位相補正が完全になり
白黒表示が実現され、その時のコントラスト比は二層液
晶方式と同等の３０対１が得られる。

第８図においてｍ＝１の波長依存性を持つ、複屈折性フ
ィルムを得るためには、長波長側で屈折率が大きくなる
、いわゆる異常分散を持つ材料を用いればよい、屈折率
の異常分散については、例えば、「光学」、石黒浩三著
、（共立全書）、ｐ２６０にて詳しく述べられている。

第１８図において、任意の波長に吸収ピークが生じた時
、屈折率の分散曲線に発散現象が生じ、吸収ピークが近
赤外にある時、可視光領域では長波長側で屈折率が大き
くなる。

例えば第１９図に示すポリスチレンフィルムを用いたり
、あるいは近赤外に吸収ピークを持つ、ナフタロシアニ
ン、ツクシン等の色素をフィルムに添加することにより
、上記の異常分散を持つことが可能である。

また、第８図に示す波長依存性を得る別の手段として、
波長依存性の異なるフィルムを積層することによっても
可能である。

第９図は左右方向のコントラスト比の視角特性を示す、
コントラスト比が２対１以上の範囲は、４０度であり、
従来の二層液晶方式の場合、３０度に比べて広くなって
いる。また、第１０図は上下方向のコントラスト比の視
角特性を示すが、コントラスト比が１以下になる白黒反
転現象はおこらず、二層液晶方式に比べて、視角特性が
優れている。

液晶分子は第１１図に示す、偏光顕微鏡においてコンデ
ンサレンズをそう人し、直交ニコル下でＩｔ察した。コ
ノスコープ像より光学的−軸性結晶であるのに対し、ポ
リカーボネートフィルムは第１２図に示すコノスコープ
像より光学的二軸性結晶である。第１３図は偏光板を直
交ニコルとした時、平行配向液晶素子とポリカーボネー
トフィルム単体をそう入した時の、透過率の視角依存性
を示す、垂直方向の透過率を１とした時、４５度方向で
は、液晶は０．４であるのに対し、ポリカーボネートフ
ィルムは０．６　である、すなわち光学的二軸結晶は、
視角による位相差の変化が少なく、コントラスト比等の
表示特性の視角特性が優れている。

〔実施例２〕 第１図において、光学的二軸性結晶３として、Δｎ−ｄ
＝０．３μｍのポリカーボネートフィルムを二枚用い、
その延伸軸をずらして積層する。

そのなす角度は、第１４図に示すコントラスト比の関係
より、１０度とした。上側フィルムの延伸軸と上側偏光
板の吸収軸（あるいは偏光軸）２のなす角度は４０度と
し、その他の素子構成は実施例１と同じである。

第１５図は本実施例における、背景色及び表示色をＣＩ
Ｅ色度座標に示した。

第７図と比較した場合ＣＩＥ色度座標は、背景色は（０
，３５，０，３５）から（０，３３，０，３３）に、表
示色は（０，２９，０，３６）から（Ｑ、３３゜０．３
４）にいずれもＣ光源（０，３１，０，３１）に近づい
ており、概略白黒表示を実現している。

また、この時のコントラスト比は２０対１である。

〔実施例３〕 実施例１の素子構成において、第１図に示される光学的
二軸性結晶３あるいは、電極基板５，８に、赤、緑、青
の顔料型印刷タイプ、あるいは顔料型電着タイプ、染料
型タイプの色フィルタを組合せることにより、カラー表
示が可能となる。

第１６図は表示色をＣＩＥ色度座標に示した。

また同図の波線で示した領域は、薄膜トランジスタ（Ｔ
　Ｐ　Ｔ）を用いたカラー液晶テレビの色再現性の範囲
を示したものである。同図より１本実施例の色再現性の
範囲はＴＰＴカラー液晶テレビと同等である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、全波長域で位相補正が成されるため、
背景及び表示部の色を無彩色にすることができるので、
白黒及びカラー表示が可能となる効果がある。

また、光学的二軸性結晶を用いることにより、従来の二
層構造液晶素子と比較して、視角特性が改善されるとい
う効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の液晶素子の斜視図、第２図は従来技術
における液晶素子の斜視図、第３図は従来技術における
液晶素子の偏光状態を示す図、第４図は従来技術におけ
る液晶素子の左右方向のコントラスト比の視角特性を示
す図、第５図は従来技術における液晶素子の上下方向の
コントラスト比の視角特性を示す図、第６図は従来技術
による透過光の波長依存性を示す図、第７図は本発明に
おける液晶素子の表示色と背景色とＣＩＥ色度座標に示
した図、第８図は白黒表示を実現するための液晶分子と
複屈折フィルムのΔｎ−ｄの波長依在住を示す図、第９
図は本発明における液晶素子の左右方向のコントラスト
比の視角特性を示す図、第１０図は本発明における液晶
素子の上下方向のコントラスト比の視角特性を示す図、
第１１図は液晶分子のコノスコープ像を示す図、第１２
図はポリカーボネートフィルムのコノスコープ像を示す
図、第１３図は平行配向液晶素子及びポリカーボネート
フィルムの透過率の視角依存性を示す図、第１４図は本
発明の第２の実施例における、位相板フィルムの延伸軸
のなす角とコントラスト比の関係、第１５図は本発明の
第２の実施例における表示色と背景色をＣＩＥ色度座標
に示した図、第１６図は本発明の第３の実施例における
１表示色の範囲をＣＩＥ色度座標に示した図、第１７図
は位相差の波長依存性を示した図、第１８図は異常分散
の現象を示す図、第１９図はポリスチレンの吸収スペク
トルを示す図である。 １．１９・・・上側偏光板、２，１３・・・上側偏光板
の吸収軸、３・・・光学的二軸性結晶、４・・・延伸軸
、５゜２２・・・駆動用液晶素子の上側電極基板、６，
１４゜１６・・・上側基板のラビング方向、７，１５，
１７・・・液晶分子、８，２５・・・駆動用液晶素子の
下側電極基板、９，１６．２４・・・下側基板のラビン
グ方向、１０．２６・・・下側偏光板、１１．１８・・
・下側偏光板の偏光軸、］−２，２７・・・光源。 第１ 図 第２図 第３図 入射光偏光板駆動用液晶素子　補正用液晶素子偏光板出
射光 １・・・・・・上側偏光板 ２・・・・・・吸収軸 ３・・・・・・光学的二軸結晶 ４・・・・・・延伸軸 ５・・・・・・上側電極基板 ６・・・・・・上側ラビング方向 ７・・・・・・液晶分子ゝ ８・・・・・・下側電極基板 ９・・・・・・下側ラビング軸 １０・・・・・・下側偏光板 １１・・・・・・吸収軸 １２・・・・・・光源 直線偏光 楕円偏光 直線偏光 第 図 第 図 第 図 λ （ｎｍ） 第 図 左右方向視角 第 図 波長（ｎｍ） 第 図 第１Ｏ図 第１１因 第１２図 第 図 第 図 延伸軸のなす角度 第 図 第 図 第１５ 図 ■ 第 図 第 図 波 長 （μ） 波 数 （ｃｒｎ−’）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、正の誘電異方性を有し、かつ旋光性物質が添加され
   たネマチツク液晶が、対向配置された上下一対の電極基
   板間に挟持され、上記電極基板間の厚さ方向にねじられ
   たらせん構造を形成し、かつ上記らせん構造を挟んで設
   けられた一対の偏光板の偏光軸あるいは吸収軸を、隣接
   する電極基板の液晶分子配列方向と所定の角度に配置し
   た液晶表示装置において、上記偏光板と上記電極基板の
   少なくともいずれか一方に、一枚以上の複屈折性フィル
   ムを配置し、その複屈折性フィルムの厚さｄ（μｍ）と
   屈折率の異方性の差Δｎとの積、Δｎ・ｄによつて生じ
   る位相差の波長依存性と液晶表示素子のΔｎ・ｄとねじ
   れ角（ツイスト角）θによつて生じる位相差の波長依存
   性とが略等しいことを特徴とする液晶表示装置。 ２、特許請求の範囲第１項記載の液晶表示装置において
   、液晶素子のツイスト角をθ＿１、Δｎ・ｄを（Δｎ・
   ｄ）＿１、複屈折性フィルムのΔｎ・ｄを（Δｎ・ｄ）
   ＿２とし、光の波長をλ、ｍを任意の整数とした時、（
   Δｎ・ｄ）＿２＝｛（Δｎ・ｄ）＿１＾２＋λ＾２（ｍ
   π＾２＋θ＿１＾２）−２ｍπλ＾２（θ＿１＾２＋（
   Δｎ・ｄ）＿１＾２／λ＾２）＾１＾／＾２｝＾１＾／
   ＾２の関係式を概略満たすことを特徴とする液晶表示装
   置。 ３、特許請求の範囲第１項記載の液晶表示装置において
   、位相差の波長依存性の異なる複屈折性フィルムを二枚
   以上積層し、積層した複屈折性フィルムの位相差の波長
   依存性と液晶素子の位相差の波長依存性が概略等しいこ
   とを特徴とする液晶表示装置。 ４、特許請求の範囲第１項記載の液晶表示装置において
   、複屈折性フィルムが光学的二軸性結晶であることを特
   徴とする液晶表示装置。 ５、特許請求の範囲第４項記載の液晶表示装置において
   、偏光板を直交ニコル状態とし、その間に複屈折性フィ
   ルムをその延伸軸を偏光板吸収軸と４５度になるように
   そう入した時、その干渉光の透過率が、フィルムに対し
   垂直方向を１とした時、４５度方向の透過率が０．６以
   上であることを特徴とする液晶表示装置。 ６、特許請求の範囲第１項記載の液晶表示装置において
   、カラフィルターと組合せることにより、カラー表示が
   可能な液晶表示装置。